内容简介
《电子工艺实训指导/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》是根据高校电气类、机电类各专业工程实训的基本要求,结合编者多年的教学和实践经验,针对全面培养学生动手能力和创新能力的目标而编写的。全书共分7章,主要内容包括电子工艺概述、安全用电、电子元器件、焊接技术、印制电路板设计与制作、装配与调试工艺及典型的电子综合实训项目。
《电子工艺实训指导/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》系统地介绍了电子工艺的基础理论知识和操作技能。在《电子工艺实训指导/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》的内容结构设计上,各章节设计了总结性的实训项目,并在第7章重点提出了11个符合高校实际课程需要的实训项目。
《电子工艺实训指导/普通高等教育“十二五”创新型规划教材·电工电子实验精品系列》内容丰富,取材实际,直观易懂,具有很强的实用性,可作为高等院校电子信息、电气工程、自动化等专业的实验教材,也可作为机械等非电专业课程设计的指导书。
内页插图
目录
第1章 电子工艺概述
1.1 电子工艺的基本概念
1.2 电子产品设计的工作流程
1.3 电子产品制造工艺技术
1.3.1 电子产品制造工艺的组成
1.3.2 电子产品制造工艺技术的种类
1.4 电子工艺技术及其发展
1.4.1 电子工艺的发展过程
1.4.2 电子工艺的发展趋势
第2章 安全用电
2.1 人身安全
2.1.1 触电的定义与分类
2.1.2 常见的触电方式
2.1.3 常见的触电原因
2.2 安全用电
2.2.1 基本安全措施
2.2.2 安全操作
2.2.3 保护接地与保护接零
2.3 设备安全
2.3.1 设备接电前检查
2.3.2 设备使用及异常处理
2.4 电气火灾
2.4.1 电气火灾产生的原因
2.4.2 电气火灾的预防
2.4.3 电气火灾的紧急处理
2.5 触电急救措施
2.5.1 脱离电源
2.5.2 现场救护
第3章 电子元器件
3.1 电阻器
3.1.1 电阻器的种类、结构、性能及特点
3.1.2 电阻器的型号命名方法
3.1.3 电阻器的主要参数及标识方法
3.1.4 电位器
3.1.5 电阻器与电位器的选用及注意事项
3.1.6 电阻识别技能实训
3.2 电容器
3.2.1 电容器的种类、结构、性能及特点
3.2.2 电容器型号的命名方法
3.2.3 电容器的主要参数及标识方法
3.2.4 可变电容器
3.2.5 电容器的选用及注意事项
3.2.6 电容器识别技能实训
3.3 电感器与变压器
3.3.1 电感器的种类、结构、性能及特点
3.3.2 电感器型号的命名方法
3.3.3 电感器的主要参数及标识方法
3.3.4 变压器
3.3.5 电感器、变压器的选用原则
3.3.6 电感器识别技能实训
3.4 半导体分立器件
3.4.1 半导体分立器件型号的命名方法
3.4.2 二极管
3.4.3 晶体管
3.4.4 半导体器件识别与判别技能实训
3.5 半导体集成电路
3.5.1 集成电路的型号命名方法
3.5.2 集成电路的引脚识别及性能检测
3.5.3 集成电路的种类及选用
3.5.4 集成电路识别技能实训
3.6 机电元件
3.6.1 开关
3.6.2 继电器
3.6.3 连接器
3.6.4 机电元件识别与判别技能实训
第4章 焊接技术
4.1 焊接的基础知识
4.2 焊接工具与材料
4.2.1 电烙铁
……
第5章 印制电路板设计与制作
第6章 装配与调试工艺
第7章 典型电子工艺实训项目
附录
参考文献
精彩书摘
2.2 安全用电
安全用电的有效措施是“安全用电、以防为主”。相关人员要认真学习安全用电知识,增强安全意识,遵守安全操作规程,消除人为危险因素,落实电气设备的防范措施,彻底杜绝安全隐患。2.2.1基本安全措施1.合理选用导线和熔丝不超负荷用电,不私拉乱接电线,严禁用铜、铝、铁丝代替保险丝或选用不适当的保险丝。各种导线和熔丝的额定电流值可以从手册中查到。在选用导线时应使载流能力大于实际输电电流。熔丝额定电流应与最大实际输电电流相符,切不可用铜、铝、铁丝代替。
2.正确安装和使用电气设备
实验室或其他生活、办公环境下必须首先遵循防范在先的原则,从使用设备环境的角度防止触电。
①所有电气设备及仪器的金属外壳、电源插座都应该安装保护接地或保护接零,并确保室内保护部位可靠接地或接零。
②对正常情况下带电部位,一定要加绝缘防护,并确保带电部位置于人不容易碰到的地方。
③在所有使用民用电(220V)的场所加装漏电保护器。
④开关必须接相线。单相电器的开关应接在相线上,切不可接在中性线上,以便在开关断开状态下维修和更换电器,从而减少触电的可能。
⑤在不同的环境下按规定选用安全电压。工矿企业一般机床照明灯电压为36V.移动灯具等电源的电压为24V,特殊环境下照明灯电压还有12V或6V。
⑥防止跨步触电。应远离落在地面上的高压线至少8~10m,不得随意触摸高压电气设备。
⑦在选用用电设备时,必须先考虑带有隔离、绝缘、防护接地、安全电压等防护切断防范措施的用电设备。
⑧强电线路(如动力线等)与弱电线路要明显分开。
⑨电烙铁、灯泡等电热器具不能靠近易燃物,防止因长时间使用或无人看管而发生意外。
⑩不使用不合格的灯头、灯线、开关、插座等用电设备,用电设备要保持清洁、完整。
3.明确统一的用电安全标识
标识分为颜色标识和图形标识。颜色标识常用来区分各种不同性质、不同用途的导线,或用来表示某处的安全程度。图形标识一般用来告诫人们不要去接近有危险的场所。为保证安全用电,必须严格按有关标准使用颜色标识和图形标识。
……
前言/序言
《精密电子线路设计与制作》 一、本书简介 《精密电子线路设计与制作》是一本系统阐述现代电子线路设计理论、工艺方法与实际制作技巧的专业技术书籍。本书旨在为电子工程领域的学生、研究人员、工程师以及对电子制作有浓厚兴趣的爱好者提供一套全面、实用且深入的指导。我们深刻理解,在日新月异的电子技术领域,理论知识与动手实践的紧密结合是培养优秀工程人才的关键。因此,本书在理论讲解上力求严谨,在实践环节上力求详实,从基础元件的特性分析到复杂系统的搭建,都进行了细致入微的剖析。 本书的核心内容涵盖了模拟电子线路和数字电子线路两大分支,并重点关注在现代电子产品中越来越重要的精密测量、控制以及信号处理等应用。我们不仅介绍各种基本电路模块的工作原理,更深入探讨影响电路性能的各种因素,例如元件的参数精度、寄生参数、温度漂移、电磁干扰等,并提出相应的优化设计和制作方法,以确保最终实现的电子线路能够达到预期的精密性能。 在内容编排上,本书遵循由浅入深、由简到繁的原则。首先,我们会回顾和梳理电子技术的基础知识,确保读者在进入更复杂的章节时,能够有扎实的基础。随后,本书将逐步深入到各种精密模拟电路的分析与设计,包括高精度运算放大器应用、滤波器设计、低噪声放大器、精密稳压电源、数据采集系统中的前端电路等。紧接着,我们将转向数字电子线路的设计与实现,重点介绍可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)的应用、微控制器(MCU)的嵌入式系统开发、以及数字信号处理(DSP)的基本概念与实现。 本书最大的特色在于其强调“精密”二字。在电子线路的设计与制作过程中,许多细节的处理对于最终的性能至关重要。例如,元件的选择原则、PCB布局布线技巧、焊接工艺、屏蔽与接地技术、以及如何进行有效的电路调试与测试等,都是本书着力强调的内容。我们提供了大量的实例分析和图示,帮助读者直观地理解设计思路和制作要点。每一个实例都力求贴近实际工程应用,让读者在学习过程中能够感受到理论与实践的桥梁。 本书还特别关注现代电子技术的发展趋势,如低功耗设计、射频电路基础、以及简单的传感器接口设计等,为读者打开更广阔的视野。我们相信,通过学习本书,读者不仅能够掌握设计和制作精密电子线路的核心技能,更能够培养严谨的工程思维,提升解决实际问题的能力,为未来在电子工程领域的深入学习和工作打下坚实的基础。 二、本书内容要点详述 第一部分:精密模拟电路基础与设计 1. 精密元件的特性与选择: 电阻: 详细介绍各类电阻(碳膜、金属膜、绕线、薄膜、精密可调电阻)的特性、精度等级、温度系数、噪声特性以及在精密电路中的应用选择原则。例如,如何根据电路的阻值范围、功率需求、精度要求以及稳定性要求来选择合适的电阻类型。 电容: 深入分析陶瓷电容(X7R, C0G/NP0)、薄膜电容(聚酯、聚丙烯)、电解电容(铝电解、钽电解)、高分子电容等不同类型电容的介质特性、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)、漏电流、温度稳定性以及在滤波、耦合、旁路、定时等电路中的选择考量。特别强调在精密应用中对电容容值稳定性、低ESR、低ESL的要求。 电感: 介绍空心电感、磁芯电感(铁氧体、铁硅铝、坡莫合金)的参数(电感量、Q值、自谐频率、直流电阻)、饱和特性,以及在滤波器、振荡器、开关电源中的应用。 半导体器件: 二极管: 重点讲解普通二极管、稳压二极管、肖特基二极管、齐纳二极管、变容二极管等在精密电路中的应用,如整流、稳压、检波、限幅等,并分析其反向漏电流、正向压降、结电容等参数对电路精度的影响。 三极管(BJT & MOSFET): 详细剖析BJT的电流放大系数(β)、穿透电流(ICEO)、饱和压降(VCE(sat))、结电容等参数,以及MOSFET的阈值电压(Vth)、导通电阻(RDS(on))、栅源电容(Cgs)、漏源电容(Cds)等对放大电路、开关电路性能的影响。强调如何选择和偏置晶体管以获得最佳的线性度和稳定性。 运算放大器(Op-Amp): 这是精密模拟电路的核心。本书将详细介绍理想运放模型及其在各种应用中的基础,并重点讲解实际运放的非理想参数,如输入失调电压(Vos)、输入偏置电流(Ib)、输入失调电流(Ios)、开环增益、带宽、压摆率(Slew Rate)、输出电压摆幅、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)等,以及这些参数如何影响精密放大、加法、减法、积分、微分、比较等电路的精度。将提供多种高性能运放的选型指南,并针对低噪声、低失调、高带宽等需求进行深入分析。 2. 精密放大电路设计: 低噪声放大器(LNA): 讲解热噪声、散弹噪声、闪烁噪声等噪声源,并介绍如何通过选择低噪声器件、优化电路结构(如使用共源共栅、差分放大)、阻抗匹配等技术来设计低噪声放大电路,适用于微弱信号的检测。 低失调电压放大电路: 针对要求极低直流误差的场合,介绍自动零点漂移(Auto-Zero)、Chopper放大器等技术,以及如何通过精密偏置、温度补偿等方法来减小运放的失调电压影响。 仪表放大器(Instrumentation Amplifier): 详细讲解仪表放大器的结构、工作原理,重点分析其高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)以及如何通过外部电阻精确控制增益,适用于精密测量和差分信号的放大。 跨阻放大器(Transimpedance Amplifier - TIA): 介绍TIA在光电探测器、化学传感器等应用中的原理,重点分析带宽、噪声、稳定性等问题,以及如何选择合适的运放和反馈电阻。 3. 精密滤波器设计: 滤波器分类: 介绍低通、高通、带通、带阻滤波器。 滤波器类型: 详细讲解巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、贝塞尔(Bessel)等滤波器类型各自的幅频响应和相频响应特性,以及它们在不同应用中的优缺点。 有源滤波器设计: 重点讲解基于运放的Sallen-Key、MFB(Multiple Feedback)、状态变量等滤波器电路,并演示如何根据规格(中心频率、增益、带宽、阶数、阻尼因子)计算元件值,以及如何处理元件容差对滤波性能的影响。 4. 精密电源设计: 线性稳压电源: 详细分析三端稳压器(如78xx/79xx系列)、低压差线性稳压器(LDO)的工作原理,重点关注其线性和负载调整率、纹纹波抑制比(PSRR)、输出噪声特性,以及如何通过外部元件(如滤波电容、反馈电阻)来进一步优化输出精度和稳定性。 开关稳压电源(SMPS): 介绍降压(Buck)、升压(Boost)、升降压(Buck-Boost)等基本拓扑,分析其工作原理、效率、瞬态响应、电磁干扰(EMI)等问题。重点讲解如何选择合适的控制器、功率开关管、电感和电容,以及如何进行PCB布局布线以减小EMI。 5. 数据采集系统(DAS)前端电路: 采样与保持电路: 介绍采样保持器(S/H)的工作原理,重点分析其开关时间、漏电、跟踪误差、建立时间等参数。 模拟-数字转换器(ADC): 简要介绍ADC的基本概念和分类(如逐次逼近型、Σ-Δ型、SAR型),以及分辨率、采样率、积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)等关键参数。重点讲解如何设计ADC的前端放大和滤波电路,以匹配ADC的输入要求,并避免引入额外的误差。 第二部分:精密数字电子线路与嵌入式系统 1. 数字逻辑基础与集成电路: 逻辑门与组合逻辑: 回顾与非门、或非门、异或门等基本逻辑门,以及组合逻辑电路的设计(如编码器、译码器、多路选择器、加法器)。 时序逻辑电路: 介绍触发器(D触发器、JK触发器、T触发器)、寄存器、计数器等时序逻辑电路,及其在状态机设计中的应用。 标准数字集成电路(TTL/CMOS): 介绍TTL和CMOS逻辑系列的基本特性,如功耗、速度、噪声容限,以及它们在实际应用中的选择。 2. 可编程逻辑器件(PLD)应用: CPLD与FPGA: 详细介绍复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)的内部结构、工作原理,以及可编程性和灵活性。 硬件描述语言(HDL): 重点讲解Verilog或VHDL语言的基础语法和常用设计模式,如何利用HDL描述数字逻辑功能。 FPGA/CPLD开发流程: 介绍从RTL设计、仿真、综合、实现(布局布线)、下载到硬件验证的完整流程,并提供一些常见的IP核(如PLL、ADC/DAC接口)使用示例。 3. 微控制器(MCU)嵌入式系统开发: MCU架构与外设: 介绍通用MCU的内部架构(CPU核、存储器、I/O端口、定时器、中断控制器、ADC、DAC、通信接口如UART、SPI、I2C等)。 嵌入式C语言编程: 讲解如何使用C语言编写嵌入式固件,包括寄存器操作、中断服务程序编写、驱动程序设计等。 实时操作系统(RTOS)基础: 介绍RTOS的基本概念(任务、调度、同步、通信),以及在嵌入式系统中的作用。 实际项目开发: 提供基于常见MCU(如STM32、AVR系列)的实际项目案例,例如传感器数据采集与处理、电机控制、人机交互界面的实现等。 4. 数字信号处理(DSP)基础: 离散时间信号与系统: 介绍采样、量化、数字滤波的基本概念。 傅里叶变换(DFT/FFT): 讲解离散傅里叶变换(DFT)及其快速算法(FFT)在信号频谱分析中的应用。 数字滤波器设计: 介绍FIR(有限冲击响应)和IIR(无限冲击响应)数字滤波器的基本原理和设计方法。 DSP处理器介绍: 简要介绍专门的DSP处理器架构及其在高性能信号处理中的优势。 第三部分:精密电子线路的制作与调试 1. PCB设计与制作: PCB设计软件介绍: 简要介绍主流PCB设计软件(如Altium Designer, Eagle, KiCad)的基本操作。 PCB布局布线技巧: 元件布局: 关注信号流向、关键元件的摆放位置、散热考虑。 布线规则: 重点讲解差分信号布线、高频信号布线、电源/地线处理、长线处理、阻抗匹配线的设计。 电源和地平面: 强调单点接地、多点接地、星型接地、电源平面和地平面的设计对信号完整性和EMI的影响。 屏蔽与滤波: 如何在PCB上集成屏蔽措施和滤波电路。 PCB制作工艺: 介绍多层板、柔性板、HDI板等先进工艺。 2. 焊接技术与工艺: 手工焊接: 详细介绍烙铁的选择、焊锡丝的种类、助焊剂的作用,以及SMT(表面贴装技术)和通孔元件的焊接技巧,包括无铅焊料的使用。 回流焊与波峰焊: 简要介绍自动化焊接设备的工作原理和应用。 特殊焊接: 如QFP、BGA等封装的焊接技巧和注意事项。 焊接质量检测: 如何目视检查和识别焊接缺陷。 3. 电路调试与测试: 常用测试仪器: 万用表: 讲解电压、电流、电阻、二极管、导通等档位的精密测量方法。 示波器: 详细讲解数字示波器、模拟示波器的使用,如何观察波形、测量参数(幅度、频率、周期、相位、占空比)、触发设置、光标测量。特别强调差分信号测量、眼图测试等高级应用。 信号发生器: 介绍函数信号发生器、任意波形发生器(AWG)的种类及使用,如何生成各种测试信号。 频谱分析仪: 介绍其在射频信号分析、EMI诊断中的作用。 逻辑分析仪: 介绍其在数字电路调试、协议分析中的应用。 LCR电桥: 用于精密测量电感、电容、电阻的参数。 调试方法: 静态测试: 在上电前检查电路连接、元件方向、焊接质量。 动态测试: 分阶段对电路进行测试,从低频到高频,从直流到交流。 信号注入与响应分析: 通过信号发生器注入测试信号,用示波器观察电路的响应,判断电路功能是否正常。 噪声与干扰排查: 如何通过接地、屏蔽、滤波等手段来解决噪声和干扰问题。 故障定位: 介绍一些常用的故障定位思路和技巧。 4. 电磁兼容性(EMC)与信号完整性(SI): EMI/EMC基础: 介绍电磁干扰(EMI)的产生机理(传导、辐射),以及电磁兼容性(EMC)的基本原则。 EMC设计考虑: 如何在PCB设计、元件选择、外壳设计等方面采取措施,降低EMI,提高EMC性能。 信号完整性(SI): 介绍信号在传输线上传输时可能出现的反射、串扰、损耗等问题,以及如何通过阻抗匹配、端接、优化布线等方法来保证信号完整性。 四、本书的价值与读者对象 《精密电子线路设计与制作》适合以下读者群体: 高等院校电子信息类专业本科生和研究生: 作为课程教材、实验指导或毕业设计参考。 电子工程技术人员和工程师: 提升在模拟电路、数字电路、嵌入式系统、PCB设计和调试等方面的专业技能。 电子爱好者和创客: 学习电子制作的基本原理和高级技巧,实现自己的创意项目。 需要进行精密仪器、测量设备、通信设备、控制系统等研发的从业人员。 通过本书的学习,读者将能够: 深刻理解精密电子线路的设计原理和关键技术。 掌握各类电子元器件的精密选择和应用。 熟练运用PCB设计工具进行高质量的电路板设计。 掌握各种调试工具和方法,能够独立解决实际电路问题。 培养严谨的工程思维和良好的动手实践能力。 为在复杂电子系统设计与开发领域取得成功奠定坚实基础。 本书力求内容全面、讲解深入、图文并茂、实例丰富,是一本不可多得的关于精密电子线路设计与制作的实用参考书。